高温井钻井用复合改性膨润土
——(高度复合改性膨润土在5∼7km高温深井的石油、天然气井中的应用)

  膨润土是钻井泥浆的基础材料，改性膨润土的质量，直接关系到钻井工作的效率。

  钻井泥浆用膨润土，必须具有悬浮性和触变性良好、滤失量小、造壁性能好、与其他处理剂(如润滑剂、降失水剂等)配伍性好、耐盐性能好等特点；

  尤其在深井(钻进深度5000米以上)钻井作业过程中，温度可以高达200～260℃，普通膨润土制备的钻井泥浆，将会因高温影响粘度急剧增大、失去流动性， 导致钻井作业困难，功耗增大，钻井成本剧增。

  高度复合改性和解理的膨润土(纳米硅酸镁铝)，粘度适宜，具有良好的触变性和携载粉碎屑能力，随温度升高其粘度和悬浮能力变化缓慢，高温下保持良好的流动性和润滑性，可以有效包覆颗粒表面、抑制地层粘土水化，满足高温深井作业需求。

  我公司生产的高度复合改性的钠基改性膨润土(纳米硅酸镁铝)，作为适合高温钻井用改性膨润土(深度达5000米以上)--石油钻井润滑悬浮助剂型号Science Brook JT)，除了常规性能指标满足国家标准GB5005－2010和美国石油协会制定的API spec 13A的标准之外，更可以满足高温深井的作业要求。

  附：高温流变性评价

  根据钻井液材料规范标准GB/T5005-2010，对钠基膨润土(简称:纯钠土，Na-Bentonite)、 Science Brook JT、商品土(TD)及对照土(control sample)四种不同类型膨润土进行高温流变性能评价。

  将钻井用高温润滑悬浮助剂(Science Brook JT)、蒙脱石含量在90%以上的纯钠土 (Na-Betonite)、 常规使用的改性膨润土(0～5000米，对照土control sample)、商品土(TD)四种样品，通过对比不同温度下(100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃)老化16小时的膨润土基浆(按照标准GB/T5005配制，基浆350mL，样品含量为22.5g)的表观粘度、塑性粘度、动切力及动塑比的变化规律，评价不同这类的样品对温度的敏感性，从而对水基钻井液基浆材料的流变性变化进行评估，详细结果参见附图(1∼4)。
  图1 表观粘度随温度变化曲线

  从图(1)可以看出，高温润滑悬浮助剂(Brook JT)的表观粘度随温度变化幅度较少，比较适合配制高温井的水基钻井液。

  
  图2 塑性粘度(PV)随温度变化曲线

  
  图3 动切力(YP)随温度变化曲线

  
   图4 动塑比随温度变化曲线

  从图(1)～(4)可以看出，纯钠土老化后变化流变性能变化较大，120℃老化后开始变稠，随着老化温度的升高，絮凝程度逐渐加大，钝化现象明显；商品土(TD)和对照土(control sample)在100℃∼200℃之间各性能变化相对较小，但是在200℃以上，纯钠土、商品土(TD)与对照土(control sample)的表观粘度、塑性粘度、动塑比均有较大变化；相比之下， Science Brook JT在100℃∼240℃之间的各项流变性能变化最小。上述分析结果表明，商品土(TD)悬浮流变性符合常规钻井用膨润土标准(100～200℃)，Science Brook JT在高温情况下流变性能优于其他土，适合高温井段使用。

  采用X-射线衍射分析法对四种膨润土进行了微观分析，确定其具体矿物含量，数据见表1。
  

   从表1的数据可以看出，土粉中矿物主要有石英、微斜长石、长石、方石和蒙脱石，其中起水化分散作用的为蒙脱石，四种膨润土中纯钠土的蒙脱石含量最高为87%，其次为Science Brook JT为66%，商品土(TD)蒙脱石含量最低为59%，说明商品土(TD)和对照土(control sample)为改性膨润土，Science Brook JT为复合改性膨润土。